第五章 步進電動機及其控制

第五章步進電動機及其控制第1頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月5.1概述三種經典電機：直流電機，異步電機，同步電機。近年來步進電機性能提高，應用廣。步進電機典型應用：電子鐘表，打印機。程序控制系統(tǒng)，數字控制系統(tǒng)。第2頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月步進電機的運行特性1.一步一步前進。電機名稱的由來。

Stepmotor,steppingmotor2.電流的形式：脈沖電流。3.轉速與磁場轉速的關系：基本同步。第3頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月優(yōu)點1.控制原理和控制方法簡單。開環(huán)控制。開環(huán)位置控制。脈沖控制。2.不用電刷和換向器，結構簡單。3.適用于計算機控制。第4頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月缺點1.功率和力矩小，負載慣量小。2.效率低。3.一臺電機配一臺驅動器。4.功率小，不宜驅動大的機械裝置。5.響應速度低。(運行速度不低)6.每步前進的角度固定。7.在某些轉速范圍發(fā)生振蕩。第5頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月步進電機的類型磁阻式步進電機永磁式步進電機混合式步進電機第6頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月5.2磁阻式步進電動機的工作原理5.2.1磁阻式步進電動機的結構特點基本結構定子：鐵心，繞組，端蓋，外殼。轉子：鐵心，軸。第7頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月第8頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月

定子詳細結構軟磁磁極，磁極有繞組。繞組數=磁極數。8個磁極，8個繞組。繞組分成m相。每相兩個繞組，位于一條直徑兩端。2p=2m，磁極表面有均布的小齒。第9頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月

轉子詳細結構沒有繞組。軟磁鐵心，外圓上有小齒，與定子小齒完全相同。齒距角：兩齒中心線的夾角。第10頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月

對轉子齒數的規(guī)定（特點）若某一磁極下定、轉子的齒對齊，則同一相的另一個磁極下的定、轉子的小齒也是對齊的。

相鄰極下的定、轉子齒之間錯開轉子齒距的1/m。

第11頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月

磁路磁阻特點（1相極下）齒與齒對齊，磁阻最小，齒與槽對齊，磁阻最大。磁阻與轉角有關，隨轉角變化而變化。變磁阻電機。

Variablereluctance第12頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月結構特點總結1）定子和轉子磁路由軟磁材料組成，只有定子有繞組。2）轉子有齒，齒數應滿足規(guī)定。3）磁阻與轉角有關，隨轉角的變化而變化。第13頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月5.2.2磁阻式步進電動機的工作原理1.簡述旋轉磁場+磁阻轉矩與磁阻同步電機相似各相繞組輪流通電，形成步進式旋轉磁場。磁阻轉矩使轉子轉動，使磁阻減小，直到磁阻最小的位置。第14頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月2.無小齒的三相磁阻式步進電動機第15頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月

旋轉磁場的產生各繞組周期性通電。各相繞組輪流通電，形成步進式旋轉磁場.磁場順時針轉動。通電一周期，磁場軸線轉過180°。第16頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月轉子的轉動情況周期性通電。第17頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月轉子的轉動情況周期性通電。通電一周期，轉子逆時針轉過轉子的一個齒距角。第18頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月改變通電順序。

磁場和轉子反轉，轉角大小不變。通電一周期，轉子轉過轉子的一個齒距角。第19頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月結論1)步進電動機各相繞組輪流通電，形成步進式旋轉磁場，轉動方向取決于通電的順序。為了使電機連續(xù)轉動，通電狀態(tài)的變化應當是周期性的。2)改變1次通電狀態(tài)，走1步。通電狀態(tài)完成一個周期，轉子轉過轉子的一個齒距角。第20頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月結論1)步進電動機各相繞組輪流通電，形成步進式旋轉磁場，轉動方向取決于通電的順序。2)改變1次通電狀態(tài)，走1步。通電狀態(tài)完成一個周期，轉子轉過轉子的一個齒距角。3)轉角大小取決于通電狀態(tài)變化次數，轉速取決于通斷電的頻率。4)一個磁極下定、轉子齒對齊，相鄰磁極下齒必須錯開，才能前進。第21頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月3.拍數與步距角拍數:記為N。如上述電機，拍數為3。在通、斷電的一個周期內，通電狀態(tài)改變的次數也就是拍數。改變一次通電狀態(tài)也稱為1拍。第22頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月

3.拍數與步距角步距角：

即每一拍(步)所轉過的角度，記為θb。如何計算步距角？每個通電周期共N拍，走N步，轉過一個齒距角θt，故上述電機第23頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月3.拍數與步距角上述電機對于很多情況，步距角太大。應增加轉子齒數。第24頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月4.有小齒的四相磁阻式步進電動機

定子8極4相繞組。一個極包含的齒數第25頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月第26頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月第27頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月第28頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月第29頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月第30頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月第31頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月正向1拍通電一周期，轉一個齒距角。第32頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月反向通電反轉，1拍通電一周期，轉一個齒距角。第33頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月反向通電反轉，1拍通電一周期，轉一個齒距角。第34頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月兩相通電第35頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月兩相通電第36頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月兩相通電第37頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月第38頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月第39頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月第40頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月第41頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月第42頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月結論：增加轉子齒數，可以減小齒距角。增加轉子齒數，增加拍數，都可以減小步距角，提高運行精度。第43頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月例題1：三相磁阻式步進電機有62個齒，計算單拍、雙